ПРОТИВООБЛЕДЕНИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА С ГАЗОТУРБИННЫМ ПРИВОДОМ Российский патент 2016 года по МПК F02C7/47 

Изобретение относится к технике, применяемой для транспорта газа по магистральным газопроводам, и может быть использовано в газотранспортной отрасли промышленности для модернизации противообледенительных систем или дооборудования ими стационарных газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом, установленных на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

Изобретение может быть также использовано и в области газотурбостроения при изготовлении новых газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом.

Известна противообледенительная система газотурбинного двигателя, имеющего осевой многоступенчатый компрессор с корпусом и рабочими лопатками, содержащая основную магистраль, сообщающую обогреваемые элементы с основным источником обогревающего воздуха. Система снабжена дополнительным источником обогревающего воздуха, выполненным в виде ресивера, расположенного на корпусе компрессора. Рабочие лопатки компрессора, по крайней мере, у одной ступени снабжены бандажными полками, на них закреплены дополнительные лопатки, имеющие угол установки, отличный от угла установки рабочих лопаток. Дополнительные лопатки расположены в ресивере. В основной магистрали установлен основной обратный клапан. Ресивер имеет возможность сообщения с атмосферой и основной магистралью между основным клапаном и обогреваемыми элементами посредством дополнительной магистрали с обратным клапаном (см. патент РФ на изобретение №2203432, опубл. 27.04.2003).

Недостатком данного технического решения является необходимость изменения конструкции лопаток осевого компрессора, влекущего повышение его металлоемкости и сложности изготовления.

Известна принятая в качестве прототипа антиобледенительная система газовой турбины, содержащая распределительный воздухопровод, транспортирующий в соединенный с компрессором газовой турбины воздухозаборный тракт нагретый воздух, удаляемый из теплового укрытия газовой турбины с размещенным в нем компрессором, на вход которого поступает атмосферный воздух из воздухоочистительного устройства воздухозаборного тракта, камеру сгорания и газовую турбину, диффузор которой соединен с котлом-утилизатором, находящимся за пределами теплового укрытия. Удаление нагретого воздуха из теплового укрытия газовой турбины осуществляется при помощи установленных на выходящем из теплового укрытия газовой турбины напорном воздуховоде вентиляторов (см. патент РФ на полезную модель №127408, опубл. 17.09.2012).

Основным недостатком данной системы является то, что смешение холодного атмосферного воздуха с горячим воздухом теплового укрытия газовой турбины, происходящее при их поступлении в воздухозаборный тракт, является недостаточно полным, а это, в свою очередь, при определенных условиях влечет недостаточное предотвращение обледенения рабочих органов осевого компрессора и газовой турбины.

Задачей заявленного изобретения является создание противообледенительной системы газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом, не требующей внесения изменений в конструкцию осевого компрессора, а также нивелирующей указанный недостаток прототипа.

Технический результат, достигаемый при применении заявленного изобретения, заключается в повышении надежности газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом путем подачи газовоздушной смеси повышенной температуры в воздухозаборный тракт осевого компрессора перед входным направляющим аппаратом с помощью вихревого насоса.

Поставленная задача и указанный технический результат в противообледенительной системе газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом, содержащей газовоздухопровод, транспортирующий смесь горячего воздуха и выхлопных газов в воздухозаборный тракт, соединенный с одной стороны с входным направляющим аппаратом осевого компрессора, а с другой - с воздухоочистительным устройством, соответственно решается и достигается тем, что газовоздухопровод, транспортирующий смесь горячего воздуха и выхлопных газов в воздухозаборный тракт, соединенный с одной стороны с входным направляющим аппаратом осевого компрессора, а с другой - с воздухоочистительным устройством, снабжен вихревым насосом и электроприводными регулирующим и запорным клапанами, управляемыми посредством блока управления клапанами по сигналам от датчиков состояния атмосферного воздуха и воздуха в воздухозаборном тракте, и соединен с воздухоподогревателем, который посредством воздухопроводов и газовоздухопроводов соединен с осевым компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной и дымовой трубой, причем электроприводной регулирующий клапан расположен на воздухопроводе, соединяющем вихревой насос и воздухопровод, соединяющий осевой компрессор и воздухоподогреватель, а электроприводной запорный клапан расположен на газовоздухопроводе, соединяющем вихревой насос и газовоздухопровод, соединяющий воздухоподогреватель и дымовую трубу.

Заявленное изобретение поясняется графическими материалами, где на чертеже схематично представлена противообледенительная система газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом, посредством которой возможна реализация заявленного изобретения в соответствии с его назначением, где:

1 - воздухоочистительное устройство;

2 - воздухозаборный тракт;

3 - осевой компрессор;

4 - входной направляющий аппарат осевого компрессора 3;

5 - газовая турбина;

6 - нагнетатель природного газа;

7 - камера сгорания;

8 - воздухоподогреватель;

9 - воздухопровод, соединяющий осевой компрессор 3 и воздухоподогреватель 8;

10 - воздухопровод, соединяющий воздухоподогреватель 8 и камеру сгорания 7;

11 - газовоздухопровод, соединяющий газовую турбину 5 и воздухоподогреватель 8;

12 - газовоздухопровод, соединяющий воздухоподогреватель 8 и дымовую трубу (на фиг. условно не показана);

13 - датчики состояния атмосферного воздуха и воздуха в воздухозаборном тракте 2 (температуры, влажности, сопротивления воздухозаборного тракта 2, водности);

14 - вихревой насос;

15 - воздухопровод, соединяющий вихревой насос 14 и воздухопровод 9;

16 - электроприводной регулирующий клапан;

17 - газовоздухопровод, соединяющий вихревой насос 14 и газовоздухопровод 12;

18 - электроприводной запорный клапан;

19 - газопровод смеси горячего воздуха и выхлопных газов, соединяющий вихревой насос 14 и воздухозаборный тракт 2;

20 - блок управления клапанами.

При этом воздухопровод, газовоздухопровод, транспортирующий нагретый воздух, смесь горячего воздуха и выхлопных газов в воздухозаборный тракт 2, состоит из газовоздухопровода 17, соединяющего вихревой насос 14 и газовоздухопровод 12, соединяющий воздухоподогреватель 8 и дымовую трубу, газопровода смеси горячего воздуха и выхлопных газов 19, соединяющего вихревой насос 14 и воздухозаборный тракт 2, и воздухопровода 15, соединяющего вихревой насос 14 и воздухопровод 9, соединяющий осевой компрессор 3 и воздухоподогреватель 8.

Работает противообледенительная система газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом следующим образом.

Воздух из атмосферы при работе газовой турбины 5 поступает, пройдя через воздухоочистительное устройство 1, в воздухозаборный тракт 2 с входным направляющим аппаратом 4 осевого компрессора 3.

Сжатый в осевом компрессоре 3 и нагревшийся при этом воздух по воздухопроводу 9, соединяющему осевой компрессор 3 и воздухоподогреватель 8, поступает в воздухоподогреватель 8, где подогревается до более высокой температуры.

Далее нагревшийся воздух по воздухопроводу 10, соединяющему воздухоподогреватель 8 и камеру сгорания 7, поступает в камеру сгорания 7, в которой происходит сжигание топлива (природного газа) в потоке воздуха.

Из камеры сгорания 7 образовавшаяся в ней в результате сгорания высокотемпературная газовоздушная смесь поступает в газовую турбину 5, в которой под воздействием потока указанной смеси происходит вращение ротора газовой турбины 5, выходной вал которой является приводом нагнетателя природного газа 6.

Отработанная в газовой турбине 5 высокотемпературная газовоздушная смесь все еще достаточно высокой температуры по газовоздухопроводу 11, соединяющему газовую турбину 5 и воздухоподогреватель 8, поступает в воздухоподогреватель 8, пройдя который и отдав в нем часть тепла сжатому воздуху, поступающему в воздухоподогреватель 8 по воздухопроводу 9 из осевого компрессора 3, по газовоздухопроводу 12, соединяющему воздухоподогреватель 8 и дымовую трубу, уходит в дымовую трубу.

Для исключения обледенения (обмерзания, инееобразования) элементов воздухозаборного тракта 2, входного направляющего аппарата 4 и осевого компрессора 3 по анализу сигналов датчиков 13 состояния атмосферного воздуха и воздуха в воздухозаборном тракте 2 (температуры, влажности, давления атмосферного воздуха, сопротивления воздухозаборного тракта 2) блок управления клапанами 20 выдает команды на открытие электроприводного регулирующего клапана 16 и электроприводного запорного клапана 18 для подачи нагревшейся газоводушной смеси в воздухозаборный тракт 2.

Сжатый горячий воздух по воздухопроводу 15, соединяющему вихревой насос 14 и воздухопровод 9, соединяющий осевой компрессор 3 и воздухоподогреватель 8, поступает в вихревой насос 14, выполненный в виде вихревой трубы Ранка-Хилша, в котором образующийся высокоскоростной вихревой поток горячего воздуха создает разрежение, благодаря которому происходит интенсивное подсасывание по газовоздухопроводу 17, соединяющему вихревой насос 14 и газовоздухопровод 12, соединяющий воздухоподогреватель 8 и дымовую трубу, выхлопных газов из газовоздухопровода 12, соединяющего воздухоподогреватель 8 и дымовую трубу.

Далее в вихревом насосе 14 происходит смешение поступающего в него горячего воздуха и выхлопных газов и эта смесь по воздухопроводу 19, соединяющему вихревой насос 14 и воздухозаборный тракт 2, поступает в воздухозаборный тракт 2, где «вбрасывается» в основной поток воздуха, поступающего в воздухозаборный тракт 2 через воздухоочистительное устройство 1 из атмосферы.

Противообледенительная система газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом, изготовленная с использованием заявленного изобретения, была применена на действующей компрессорной станции для газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом ГТК-10-4 в условиях его эксплуатации при различных параметрах атмосферы и режимах работы.

Исходя из данных о работе этого агрегата без противообледенительной системы, установлено, что снижение температуры воздуха на кромках входного направляющего аппарата 4 достигает 12°C. При этом даже при относительной влажности 50% и температуре наружного воздуха +10°C температура воздуха на кромках лопаток входного направляющего аппарата 4 составляет -2°C, что обуславливает образование инея на лопатках входного направляющего аппарата 4.

Применение же противообледенительной системы, изготовленной с использованием заявленного изобретения, позволило полностью предотвратить обледенение (обмерзание, инееобразование) элементов воздухозаборного тракта 2, входного направляющего аппарата 4 и осевого компрессора 3 указанного выше газоперекачивающего агрегата, что безусловно повышает надежность его работы.

Противообледенительная система газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом содержит газовоздухопровод, транспортирующий смесь горячего воздуха и выхлопных газов в воздухозаборный тракт, соединенный с одной стороны с входным направляющим аппаратом осевого компрессора, а с другой - с воздухоочистительным устройством. Газовоздухопровод, транспортирующий смесь горячего воздуха и выхлопных газов в воздухозаборный тракт, соединенный с одной стороны с входным направляющим аппаратом осевого компрессора, а с другой с воздухоочистительным устройством, снабжен вихревым насосом и электроприводными регулирующим и запорным клапанами, управляемыми посредством блока управления клапанами по сигналам от датчиков состояния атмосферного воздуха и воздуха в воздухозаборном тракте, и соединен с воздухоподогревателем, который посредством воздухопроводов и газовоздухопроводов соединен с осевым компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной и дымовой трубой. Электроприводной регулирующий клапан расположен на воздухопроводе, соединяющем вихревой насос и воздухопровод, соединяющий осевой компрессор и воздухоподогреватель, а электроприводной запорный клапан расположен на газовоздухопроводе, соединяющем вихревой насос и газовоздухопровод, соединяющий воздухоподогреватель и дымовую трубу. Технический результат - повышение надежности газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом путем подачи газовоздушной смеси повышенной температуры в воздухозаборный тракт осевого компрессора перед входным направляющим аппаратом с помощью вихревого насоса. 1 ил.

Противообледенительная система газоперекачивающего агрегата с газотурбинным приводом, содержащая газовоздухопровод, транспортирующий смесь горячего воздуха и выхлопных газов в воздухозаборный тракт, соединенный с одной стороны с входным направляющим аппаратом осевого компрессора, а с другой - с воздухоочистительным устройством, отличающаяся тем, что газовоздухопровод, транспортирующий смесь горячего воздуха и выхлопных газов в воздухозаборный тракт, соединенный с одной стороны с входным направляющим аппаратом осевого компрессора, а с другой - с воздухоочистительным устройством, снабжен вихревым насосом и электроприводными регулирующим и запорным клапанами, управляемыми посредством блока управления клапанами по сигналам от датчиков состояния атмосферного воздуха и воздуха в воздухозаборном тракте, и соединен с воздухоподогревателем, который посредством воздухопроводов и газовоздухопроводов соединен с осевым компрессором, камерой сгорания, газовой турбиной и дымовой трубой, причем электроприводной регулирующий клапан расположен на воздухопроводе, соединяющем вихревой насос и воздухопровод, соединяющий осевой компрессор и воздухоподогреватель, а электроприводной запорный клапан расположен на газовоздухопроводе, соединяющем вихревой насос и газовоздухопровод, соединяющий воздухоподогреватель и дымовую трубу.